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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024120884
(43)【公開日】2024-09-05
(54)【発明の名称】十字交差方向性結合器、及びアンテナ用電力分配装置
(51)【国際特許分類】
H01P 5/12 20060101AFI20240829BHJP
H01P 5/18 20060101ALI20240829BHJP
【ＦＩ】
H01P5/12 B
H01P5/18 N
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024025092
(22)【出願日】2024-02-22
(31)【優先権主張番号】P 2023027324
(32)【優先日】2023-02-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000000044
【氏名又は名称】ＡＧＣ株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】304021417
【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学
(74)【代理人】
【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】戸村 崇
(72)【発明者】
【氏名】廣川 二郎
(72)【発明者】
【氏名】加賀谷 修
(72)【発明者】
【氏名】山中 大輔
(57)【要約】
【課題】簡易な構造を備える十字交差方向性結合器を提供する。
【解決手段】本発明の一態様にかかる十字交差方向性結合器１は、第１ポートＰ１および第３ポートＰ３を備える第１導波管１１と、第２ポートＰ２を備える第２導波管１２と、第４ポートＰ４を備える第３導波管１３と、を備える。第１導波管１１と第２導波管１２との間には第１スロットＳＬ１が設けられており、第１導波管１１と第３導波管１３との間には第２スロットＳＬ２が設けられている。第１及び第２スロットＳＬ１、ＳＬ２は、第２導波管１２の上面および第３導波管１３の下面において第２導波管１２および第３導波管１３の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されている。第２導波管１２および第３導波管１３は、第１スロットＳＬ１、第１導波管１１、及び第２スロットＳＬ２を介して互いに結合している。
【選択図】図２
【解決手段】本発明の一態様にかかる十字交差方向性結合器１は、第１ポートＰ１および第３ポートＰ３を備える第１導波管１１と、第２ポートＰ２を備える第２導波管１２と、第４ポートＰ４を備える第３導波管１３と、を備える。第１導波管１１と第２導波管１２との間には第１スロットＳＬ１が設けられており、第１導波管１１と第３導波管１３との間には第２スロットＳＬ２が設けられている。第１及び第２スロットＳＬ１、ＳＬ２は、第２導波管１２の上面および第３導波管１３の下面において第２導波管１２および第３導波管１３の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されている。第２導波管１２および第３導波管１３は、第１スロットＳＬ１、第１導波管１１、及び第２スロットＳＬ２を介して互いに結合している。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１ポートおよび第３ポートを備える第１導波管と、
前記第１導波管の下側に配置されるとともに、第２ポートを備え、当該第２ポートと対向する端部が短絡された第２導波管と、
前記第１導波管の上側に配置されるとともに、第４ポートを備え、当該第４ポートと対向する端部が短絡された第３導波管と、を備え、
前記第１導波管と前記第２導波管との間には第１スロットが設けられており、
前記第１導波管と前記第３導波管との間には第２スロットが設けられており、
前記第１スロットおよび前記第２スロットは、前記第１導波管の下面および上面において前記第１導波管の幅方向の中心に配置されており、
前記第１スロットおよび前記第２スロットは、前記第２導波管の上面および前記第３導波管の下面において前記第２導波管および前記第３導波管の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されており、
前記第２導波管および前記第３導波管は、前記第１スロット、前記第１導波管、及び前記第２スロットを介して互いに結合している、
十字交差方向性結合器。
前記第１導波管の下側に配置されるとともに、第２ポートを備え、当該第２ポートと対向する端部が短絡された第２導波管と、
前記第１導波管の上側に配置されるとともに、第４ポートを備え、当該第４ポートと対向する端部が短絡された第３導波管と、を備え、
前記第１導波管と前記第２導波管との間には第１スロットが設けられており、
前記第１導波管と前記第３導波管との間には第２スロットが設けられており、
前記第１スロットおよび前記第２スロットは、前記第１導波管の下面および上面において前記第１導波管の幅方向の中心に配置されており、
前記第１スロットおよび前記第２スロットは、前記第２導波管の上面および前記第３導波管の下面において前記第２導波管および前記第３導波管の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されており、
前記第２導波管および前記第３導波管は、前記第１スロット、前記第１導波管、及び前記第２スロットを介して互いに結合している、
十字交差方向性結合器。
【請求項2】
前記第１導波管の前記第１ポートに供給された電磁波は前記第１導波管の前記第３ポートから出力され、
前記第２導波管の前記第２ポートに供給された電磁波は、前記第１スロット、前記第１導波管、及び前記第２スロットを経由して前記第３導波管に伝播し、前記第３導波管の前記第４ポートから出力される、
請求項１に記載の十字交差方向性結合器。
前記第２導波管の前記第２ポートに供給された電磁波は、前記第１スロット、前記第１導波管、及び前記第２スロットを経由して前記第３導波管に伝播し、前記第３導波管の前記第４ポートから出力される、
請求項１に記載の十字交差方向性結合器。
【請求項3】
前記所定の距離は、前記第２導波管および前記第３導波管が前記第１スロットおよび前記第２スロットと結合し、前記第１導波管が前記第１スロットおよび前記第２スロットと結合しない距離である、請求項１または２に記載の十字交差方向性結合器。
【請求項4】
前記第１乃至第３導波管が伸びる方向において、前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとが互いに反対側に配置されている、請求項１または２に記載の十字交差方向性結合器。
【請求項5】
前記第１乃至第３導波管が伸びる方向において、前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとが同一側に配置されている、請求項１または２に記載の十字交差方向性結合器。
【請求項6】
入力信号を入力する複数の入力口がマトリックス状に配置された入力部と、
入力された信号に位相差を与えて等振幅で分配して出力するハイブリッド結合部と、
入力された信号を交差する回路に出力する交差部結合と、
入力された信号に位相差を与えて出力する位相器と、
出力信号を出力する複数の出力口がマトリックス状に配置された出力部と、を有するバトラーマトリックス給電回路と、
前記バトラーマトリックス給電回路の前記出力部から出力された前記出力信号の出力方向を９０度曲げるベンド構造と、を備え、
前記ベンド構造は、請求項１または２に記載の十字交差方向性結合器を複数用いて構成されている、
アンテナ用電力分配装置。
入力された信号に位相差を与えて等振幅で分配して出力するハイブリッド結合部と、
入力された信号を交差する回路に出力する交差部結合と、
入力された信号に位相差を与えて出力する位相器と、
出力信号を出力する複数の出力口がマトリックス状に配置された出力部と、を有するバトラーマトリックス給電回路と、
前記バトラーマトリックス給電回路の前記出力部から出力された前記出力信号の出力方向を９０度曲げるベンド構造と、を備え、
前記ベンド構造は、請求項１または２に記載の十字交差方向性結合器を複数用いて構成されている、
アンテナ用電力分配装置。
【請求項7】
前記十字交差方向性結合器は、前記第１乃至第３導波管が伸びる方向において前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとが互いに反対側に配置されているＡ型十字交差方向性結合器を備え、
前記ベンド構造は、複数の前記Ａ型十字交差方向性結合器の前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとを互いに接続して複数の前記Ａ型十字交差方向性結合器を直列に接続した構成を含む、
請求項６に記載のアンテナ用電力分配装置。
前記ベンド構造は、複数の前記Ａ型十字交差方向性結合器の前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとを互いに接続して複数の前記Ａ型十字交差方向性結合器を直列に接続した構成を含む、
請求項６に記載のアンテナ用電力分配装置。
【請求項8】
前記十字交差方向性結合器は、前記第１乃至第３導波管が伸びる方向において前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとが同一側に配置されているＢ型十字交差方向性結合器を備え、
前記ベンド構造は、複数の前記Ｂ型十字交差方向性結合器の前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとを互いに接続して複数の前記Ｂ型十字交差方向性結合器を直列に接続した構成を含む、
請求項６に記載のアンテナ用電力分配装置。
前記ベンド構造は、複数の前記Ｂ型十字交差方向性結合器の前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとを互いに接続して複数の前記Ｂ型十字交差方向性結合器を直列に接続した構成を含む、
請求項６に記載のアンテナ用電力分配装置。
【請求項9】
第１ポートおよび第３ポートを備える第１導波管と、
前記第１導波管の下側に配置されるとともに、第２ポートを備え、当該第２ポートと対向する端部が短絡された第２導波管と、を備え、
前記第１導波管と前記第２導波管との間には第１スロットが設けられており、
前記第１導波管の前記第２導波管側と反対側の表面には第２スロットが設けられており、
前記第１スロットおよび前記第２スロットは、前記第１導波管の下面および上面において前記第１導波管の幅方向の中心に配置されており、
前記第１スロットは、前記第２導波管の上面において前記第２導波管の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されており、
前記第１導波管の前記第１ポートに供給された電磁波は、前記第１導波管の前記第３ポートから出力され、
前記第２導波管の前記第２ポートに供給された電磁波は、前記第２導波管の前記第２ポート、前記第１スロット、前記第１導波管を経由して、前記第２スロットから空間中に放射される、
十字交差方向性結合器。
前記第１導波管の下側に配置されるとともに、第２ポートを備え、当該第２ポートと対向する端部が短絡された第２導波管と、を備え、
前記第１導波管と前記第２導波管との間には第１スロットが設けられており、
前記第１導波管の前記第２導波管側と反対側の表面には第２スロットが設けられており、
前記第１スロットおよび前記第２スロットは、前記第１導波管の下面および上面において前記第１導波管の幅方向の中心に配置されており、
前記第１スロットは、前記第２導波管の上面において前記第２導波管の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されており、
前記第１導波管の前記第１ポートに供給された電磁波は、前記第１導波管の前記第３ポートから出力され、
前記第２導波管の前記第２ポートに供給された電磁波は、前記第２導波管の前記第２ポート、前記第１スロット、前記第１導波管を経由して、前記第２スロットから空間中に放射される、
十字交差方向性結合器。
【請求項10】
第１ポートおよび第３ポートを備える第１導波管と、
前記第１導波管の下側に配置されるとともに、第２ポートを備え、当該第２ポートと対向する端部が短絡された第２導波管と、
前記第１導波管の上側に配置されるとともに、第４ポートを備え、当該第４ポートと対向する端部が短絡された第３導波管と、
前記第１導波管と前記第３導波管との間に配置されるとともに、第５ポートおよび第６ポートを備える第４導波管と、を備え、
前記第１導波管と前記第２導波管との間には第１スロットが設けられており、
前記第１導波管と前記第４導波管との間には第２スロットが設けられており、
前記第４導波管と前記第３導波管との間には第３スロットが設けられており、
前記第１乃至第３スロットは、前記第１及び第４導波管の下面および上面において前記第１及び第４導波管の幅方向の中心に配置されており、
前記第１及び第３スロットは、前記第２導波管の上面および前記第３導波管の下面において前記第２導波管および前記第３導波管の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されており、
前記第２導波管および前記第３導波管は、前記第１スロット、前記第１導波管、前記第２スロット、前記第４導波管、及び前記第３スロットを介して互いに結合している、
十字交差方向性結合器。
前記第１導波管の下側に配置されるとともに、第２ポートを備え、当該第２ポートと対向する端部が短絡された第２導波管と、
前記第１導波管の上側に配置されるとともに、第４ポートを備え、当該第４ポートと対向する端部が短絡された第３導波管と、
前記第１導波管と前記第３導波管との間に配置されるとともに、第５ポートおよび第６ポートを備える第４導波管と、を備え、
前記第１導波管と前記第２導波管との間には第１スロットが設けられており、
前記第１導波管と前記第４導波管との間には第２スロットが設けられており、
前記第４導波管と前記第３導波管との間には第３スロットが設けられており、
前記第１乃至第３スロットは、前記第１及び第４導波管の下面および上面において前記第１及び第４導波管の幅方向の中心に配置されており、
前記第１及び第３スロットは、前記第２導波管の上面および前記第３導波管の下面において前記第２導波管および前記第３導波管の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されており、
前記第２導波管および前記第３導波管は、前記第１スロット、前記第１導波管、前記第２スロット、前記第４導波管、及び前記第３スロットを介して互いに結合している、
十字交差方向性結合器。
【請求項11】
前記第１導波管の前記第１ポートに供給された電磁波は前記第１導波管の前記第３ポートから出力され、
前記第４導波管の前記第５ポートに供給された電磁波は前記第４導波管の前記第６ポートから出力され、
前記第２導波管の前記第２ポートに供給された電磁波は、前記第１スロット、前記第１導波管、前記第２スロット、前記第４導波管、及び前記第３スロットを経由して前記第３導波管に伝播し、前記第３導波管の前記第４ポートから出力される、
請求項１０に記載の十字交差方向性結合器。
前記第４導波管の前記第５ポートに供給された電磁波は前記第４導波管の前記第６ポートから出力され、
前記第２導波管の前記第２ポートに供給された電磁波は、前記第１スロット、前記第１導波管、前記第２スロット、前記第４導波管、及び前記第３スロットを経由して前記第３導波管に伝播し、前記第３導波管の前記第４ポートから出力される、
請求項１０に記載の十字交差方向性結合器。
【請求項12】
第１ポートおよび第３ポートを備える第１導波管と、
前記第１導波管の下側に配置されるとともに、第２ポートを備え、当該第２ポートと対向する端部が短絡された第２導波管と、
前記第１導波管の上側に配置されるとともに、第５ポートおよび第６ポートを備える第４導波管と、を備え、
前記第１導波管と前記第２導波管との間には第１スロットが設けられており、
前記第１導波管と前記第４導波管との間には第２スロットが設けられており、
前記第４導波管の前記第１導波管側と反対側の表面には第３スロットが設けられており、
前記第１乃至第３スロットは、前記第１及び第４導波管の下面および上面において前記第１及び第４導波管の幅方向の中心に配置されており、
前記第１スロットは、前記第２導波管の上面において前記第２導波管の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されており、
前記第１導波管の前記第１ポートに供給された電磁波は前記第１導波管の前記第３ポートから出力され、
前記第４導波管の前記第５ポートに供給された電磁波は前記第４導波管の前記第６ポートから出力され、
前記第２導波管の前記第２ポートに供給された電磁波は、前記第２導波管の前記第２ポート、前記第１スロット、前記第１導波管、前記第２スロット、前記第４導波管を経由して、前記第３スロットから空間中に放射される、
十字交差方向性結合器。
前記第１導波管の下側に配置されるとともに、第２ポートを備え、当該第２ポートと対向する端部が短絡された第２導波管と、
前記第１導波管の上側に配置されるとともに、第５ポートおよび第６ポートを備える第４導波管と、を備え、
前記第１導波管と前記第２導波管との間には第１スロットが設けられており、
前記第１導波管と前記第４導波管との間には第２スロットが設けられており、
前記第４導波管の前記第１導波管側と反対側の表面には第３スロットが設けられており、
前記第１乃至第３スロットは、前記第１及び第４導波管の下面および上面において前記第１及び第４導波管の幅方向の中心に配置されており、
前記第１スロットは、前記第２導波管の上面において前記第２導波管の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されており、
前記第１導波管の前記第１ポートに供給された電磁波は前記第１導波管の前記第３ポートから出力され、
前記第４導波管の前記第５ポートに供給された電磁波は前記第４導波管の前記第６ポートから出力され、
前記第２導波管の前記第２ポートに供給された電磁波は、前記第２導波管の前記第２ポート、前記第１スロット、前記第１導波管、前記第２スロット、前記第４導波管を経由して、前記第３スロットから空間中に放射される、
十字交差方向性結合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、十字交差方向性結合器、及びアンテナ用電力分配装置に関する。
【背景技術】
【0002】
アンテナ用電力分配装置の構成要素の一つとして、バトラーマトリックス給電回路が知られている。バトラーマトリックス給電回路は、入力信号を入力する複数の入力口がマトリックス状に配置された入力部と、出力信号を出力する複数の出力口がマトリックス状に配置された出力部とを備え、入力部と出力部との間にハイブリッド結合器、交差結合器、及び位相器が配置されている。
【0003】
特許文献１には、２次元方向の切り替えをするための装置構成を簡略化できるバトラーマトリックス給電回路に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１６－１４４１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
一般的にバトラーマトリックス給電回路は、入力信号が入力される方向と出力信号が出力される方向とが同一方向となるように構成されている。例えば、バトラーマトリックス給電回路は、ビーム切替回路を構成する基板と水平な方向に出力信号が出力される。
【0006】
しかしながらデバイスの構成によっては、バトラーマトリックス給電回路から出力される出力信号の方向を入力信号に対して所定の角度曲げたい場合がある。例えば、窓ガラスや壁面にバトラーマトリックス給電回路を搭載する場合は、ビーム切替回路を構成する基板に対して垂直な方向に出力信号を出力したい場合がある。このような構造は、例えば、バトラーマトリックス給電回路の出力側にベンド構造を設け、バトラーマトリックス給電回路から出力される出力信号の方向を入力信号に対して９０度曲げることで実現できる。
【0007】
ベンド構造は、例えばビーム切替回路とは別に出力信号を曲げるための曲げ回路を設けることで構成できる。しかしながら、ビーム切替回路と曲げ回路とでは導波管の積層方向が異なるため、各々の導波管をコネクタで接続する必要があり、ベンド構造が複雑になるという問題がある。このような問題は、簡易な構成を備える十字交差方向性結合器を用いることで解決できる。
【0008】
上記課題に鑑み本発明の目的は、簡易な構造を備える十字交差方向性結合器、及びアンテナ用電力分配装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の第１の態様にかかる十字交差方向性結合器は、第１ポートおよび第３ポートを備える第１導波管と、前記第１導波管の下側に配置されるとともに、第２ポートを備え、当該第２ポートと対向する端部が短絡された第２導波管と、前記第１導波管の上側に配置されるとともに、第４ポートを備え、当該第４ポートと対向する端部が短絡された第３導波管と、を備える。前記第１導波管と前記第２導波管との間には第１スロットが設けられており、前記第１導波管と前記第３導波管との間には第２スロットが設けられている。前記第１スロットおよび前記第２スロットは、前記第１導波管の下面および上面において前記第１導波管の幅方向の中心に配置されている。前記第１スロットおよび前記第２スロットは、前記第２導波管の上面および前記第３導波管の下面において前記第２導波管および前記第３導波管の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されている。前記第２導波管および前記第３導波管は、前記第１スロット、前記第１導波管、及び前記第２スロットを介して互いに結合している。
【0010】
上述の十字交差方向性結合器において、前記第１導波管の前記第１ポートに供給された電磁波は前記第１導波管の前記第３ポートから出力され、前記第２導波管の前記第２ポートに供給された電磁波は、前記第１スロット、前記第１導波管、及び前記第２スロットを経由して前記第３導波管に伝播し、前記第３導波管の前記第４ポートから出力されてもよい。
【0011】
上述の十字交差方向性結合器において、前記所定の距離は、前記第２導波管および前記第３導波管が前記第１スロットおよび前記第２スロットと結合し、前記第１導波管が前記第１スロットおよび前記第２スロットと結合しない距離でもよい。
【0012】
上述の十字交差方向性結合器において、前記第１乃至第３導波管が伸びる方向において、前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとが互いに反対側に配置されてもよい。
【0013】
上述の十字交差方向性結合器において、前記第１乃至第３導波管が伸びる方向において、前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとが同一側に配置されてもよい。
【0014】
本発明の第２の態様にかかるアンテナ用電力分配装置は、入力信号を入力する複数の入力口がマトリックス状に配置された入力部と、入力された信号に位相差を与えて等振幅で分配して出力するハイブリッド結合部と、入力された信号を交差する回路に出力する交差部結合と、入力された信号に位相差を与えて出力する位相器と、出力信号を出力する複数の出力口がマトリックス状に配置された出力部と、を有するバトラーマトリックス給電回路と、前記バトラーマトリックス給電回路の前記出力部から出力された前記出力信号の出力方向を９０度曲げるベンド構造と、を備える。前記ベンド構造は、上述の十字交差方向性結合器を複数用いて構成されている。
【0015】
上述のアンテナ用電力分配装置において、前記十字交差方向性結合器は、前記第１乃至第３導波管が伸びる方向において前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとが互いに反対側に配置されているＡ型十字交差方向性結合器を備えてもよく、前記ベンド構造は、複数の前記Ａ型十字交差方向性結合器の前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとを互いに接続して複数の前記Ａ型十字交差方向性結合器を直列に接続した構成を含んでもよい。
【0016】
上述のアンテナ用電力分配装置において、前記十字交差方向性結合器は、前記第１乃至第３導波管が伸びる方向において前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとが同一側に配置されているＢ型十字交差方向性結合器を備えてもよく、前記ベンド構造は、複数の前記Ｂ型十字交差方向性結合器の前記第２導波管の前記第２ポートと前記第３導波管の前記第４ポートとを互いに接続して複数の前記Ｂ型十字交差方向性結合器を直列に接続した構成を含んでもよい。
【0017】
本発明の第３の態様にかかる十字交差方向性結合器は、第１ポートおよび第３ポートを備える第１導波管と、前記第１導波管の下側に配置されるとともに、第２ポートを備え、当該第２ポートと対向する端部が短絡された第２導波管と、を備える。前記第１導波管と前記第２導波管との間には第１スロットが設けられており、前記第１導波管の前記第２導波管側と反対側の表面には第２スロットが設けられており、前記第１スロットおよび前記第２スロットは、前記第１導波管の下面および上面において前記第１導波管の幅方向の中心に配置されており、前記第１スロットは、前記第２導波管の上面において前記第２導波管の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されており、前記第１導波管の前記第１ポートに供給された電磁波は、前記第１導波管の前記第３ポートから出力され、前記第２導波管の前記第２ポートに供給された電磁波は、前記第２導波管の前記第２ポート、前記第１スロット、前記第１導波管を経由して、前記第２スロットから空間中に放射される。
【0018】
本発明の第４の態様にかかる十字交差方向性結合器は、第１ポートおよび第３ポートを備える第１導波管と、前記第１導波管の下側に配置されるとともに、第２ポートを備え、当該第２ポートと対向する端部が短絡された第２導波管と、前記第１導波管の上側に配置されるとともに、第４ポートを備え、当該第４ポートと対向する端部が短絡された第３導波管と、前記第１導波管と前記第３導波管との間に配置されるとともに、第５ポートおよび第６ポートを備える第４導波管と、を備える。前記第１導波管と前記第２導波管との間には第１スロットが設けられており、前記第１導波管と前記第４導波管との間には第２スロットが設けられており、前記第４導波管と前記第３導波管との間には第３スロットが設けられており、前記第１乃至第３スロットは、前記第１及び第４導波管の下面および上面において前記第１及び第４導波管の幅方向の中心に配置されており、前記第１及び第３スロットは、前記第２導波管の上面および前記第３導波管の下面において前記第２導波管および前記第３導波管の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されており、前記第２導波管および前記第３導波管は、前記第１スロット、前記第１導波管、前記第２スロット、前記第４導波管、及び前記第３スロットを介して互いに結合している。
【0019】
上述の第４の態様にかかる十字交差方向性結合器において、前記第１導波管の前記第１ポートに供給された電磁波は前記第１導波管の前記第３ポートから出力され、前記第４導波管の前記第５ポートに供給された電磁波は前記第４導波管の前記第６ポートから出力され、前記第２導波管の前記第２ポートに供給された電磁波は、前記第１スロット、前記第１導波管、前記第２スロット、前記第４導波管、及び前記第３スロットを経由して前記第３導波管に伝播し、前記第３導波管の前記第４ポートから出力されてもよい。
【0020】
本発明の第５の態様にかかる十字交差方向性結合器は、第１ポートおよび第３ポートを備える第１導波管と、前記第１導波管の下側に配置されるとともに、第２ポートを備え、当該第２ポートと対向する端部が短絡された第２導波管と、前記第１導波管の上側に配置されるとともに、第５ポートおよび第６ポートを備える第４導波管と、を備える。前記第１導波管と前記第２導波管との間には第１スロットが設けられており、前記第１導波管と前記第４導波管との間には第２スロットが設けられており、前記第４導波管の前記第１導波管側と反対側の表面には第３スロットが設けられており、前記第１乃至第３スロットは、前記第１及び第４導波管の下面および上面において前記第１及び第４導波管の幅方向の中心に配置されており、前記第１スロットは、前記第２導波管の上面において前記第２導波管の幅方向の中心から所定の距離だけオフセットして配置されており、前記第１導波管の前記第１ポートに供給された電磁波は前記第１導波管の前記第３ポートから出力され、前記第４導波管の前記第５ポートに供給された電磁波は前記第４導波管の前記第６ポートから出力され、前記第２導波管の前記第２ポートに供給された電磁波は、前記第２導波管の前記第２ポート、前記第１スロット、前記第１導波管、前記第２スロット、前記第４導波管を経由して、前記第３スロットから空間中に放射される。
【発明の効果】
【0021】
本発明により、簡易な構造を備える十字交差方向性結合器、及びアンテナ用電力分配装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】実施の形態１にかかる十字交差方向性結合器の構成例を示す斜視図である。
【図4】各導波管の構成を説明するための上面図である。
【図5】実施の形態１にかかる十字交差方向性結合器のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図6】実施の形態１にかかる十字交差方向性結合器の他の構成例を示す断面図である。
【図8】バトラーマトリックス給電回路で用いられる二層ショートスロット結合器を説明するための斜視図である。
【図9】バトラーマトリックス給電回路で用いられる二層ショートスロット結合器を説明するための斜視図である。
【図10】バトラーマトリックス給電回路の入力部と出力部の構成例を説明するための斜視図である。
【図11】実施の形態２にかかるアンテナ用電力分配装置の構成例を示す斜視図である。
【図12】実施の形態２にかかるアンテナ用電力分配装置が備えるベンド構造の一例を説明するための模式図である。
【図13】実施の形態２にかかるアンテナ用電力分配装置が備えるベンド構造の一例を説明するための模式図である。
【図14】実施の形態２にかかるアンテナ用電力分配装置が備えるベンド構造の一例を説明するための模式図である。
【図15】実施の形態２にかかるアンテナ用電力分配装置が備えるベンド構造の他の例を説明するための模式図である。
【図16】実施の形態３にかかる十字交差方向性結合器の構成例を示す斜視図である。
【図19】各導波管の構成を説明するための上面図である。
【図20】実施の形態３にかかる十字交差方向性結合器のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図21】実施の形態４にかかる十字交差方向性結合器の構成例を示す斜視図である。
【図24】各導波管の構成を説明するための上面図である。
【図25】実施の形態４にかかる十字交差方向性結合器のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図26】実施の形態４にかかる十字交差方向性結合器の各導波管の他の構成例を説明するための上面図である。
【図27】実施の形態５にかかる十字交差方向性結合器の構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態１にかかる十字交差方向性結合器（Cruciform Directional Couplers）の構成例を示す斜視図である。図２は、図１の切断線ＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図３は、図１の切断線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。図４は、各導波管の構成を説明するための上面図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態１にかかる十字交差方向性結合器（Cruciform Directional Couplers）の構成例を示す斜視図である。図２は、図１の切断線ＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図３は、図１の切断線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。図４は、各導波管の構成を説明するための上面図である。
【0024】
図１～図３に示すように、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器１は、第１導波管１１、第２導波管１２、及び第３導波管１３を備える。第１乃至第３導波管１１～１３は、ｚ軸方向において第２導波管１２、第１導波管１１、第３導波管１３の順に積層されている。
【0025】
図２に示すように、第１導波管１１は、導波方向の一端（ｘ軸方向マイナス側）に第１ポートＰ１を備え、導波方向の他端（ｘ軸方向プラス側）に第３ポートＰ３を備える。第２導波管１２は、導波方向の一端（ｘ軸方向マイナス側）に第２ポートＰ２を備え、当該第２ポートＰ２と対向する端部１７が短絡されている。第２導波管１２は、第１導波管１１の下側に配置されている。第３導波管１３は、導波方向の一端（ｘ軸方向プラス側）に第４ポートＰ４を備え、当該第４ポートＰ４と対向する端部１８が短絡されている。第３導波管１３は、第１導波管１１の上側に配置されている。
【0026】
【0027】
図３、図４に示すように、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は、第１導波管１１の下面および上面において第１導波管１１の幅方向（ｙ軸方向）の中心に配置されている。すなわち、図４に示すように、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は、第１導波管１１の中心軸Ｃ１に沿って対称に設けられている。
【0028】
図３、図４に示すように、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は、第２導波管１２の上面および第３導波管１３の下面において第２導波管１２および第３導波管１３の幅方向（ｙ軸方向）の中心から所定の距離Ｄ１だけオフセットして配置されている。すなわち、図４に示すように、第１スロットＳＬ１は、第２導波管１２の中心軸Ｃ２から距離Ｄ１だけオフセットして配置されている。また、第２スロットＳＬ２は、第３導波管１３の中心軸Ｃ２から距離Ｄ１だけオフセットして配置されている。なお、第２導波管１２の中心軸Ｃ２と第３導波管１３の中心軸Ｃ２は、ｚ軸方向から見た際に重畳している。また、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２はｚ軸方向から見た際に重畳している。
【0029】
本実施の形態では、例えば図３に示すように、第２導波管１２および第３導波管１３のｙ軸方向における位置を一致させ、第１導波管１１のｙ軸方向の位置を第２導波管１２および第３導波管１３に対してｙ軸方向プラス側にずらしている。このような構成とすることで、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２の位置を、第２導波管１２および第３導波管１３の幅方向（ｙ軸方向）の中心から所定の距離Ｄ１だけオフセットして配置できる。
【0030】
本実施の形態において第１乃至第３導波管１１～１３は、直方体状の導波管を用いて構成できる。例えば、第１乃至第３導波管１１～１３は中空の導波管であり、各々の導波管の内部を電磁波が伝搬する。また、第１乃至第３導波管１１～１３の内部は、誘電体材料が配置されてもよい。例えば、第１乃至第３導波管１１～１３は中空の金属材料を用いて構成してもよく、中空の樹脂材料の内壁に金属膜を形成して構成してもよい。
【0031】
例えば、方形導波管におけるＴＥ１０モードの場合、第１乃至第３導波管１１～１３のｙ軸方向の長さ（長辺ａ）およびｚ軸方向の長さ（短辺ｂ）は下記のようにして決定できる。
【0032】
まず、第１乃至第３導波管１１～１３（以下、まとめて「導波管」とも記載する）のカットオフ周波数ｆｃを下記の式より決定する。
【0033】
【数1】
【0034】
【数2】
【0035】
また、基本伝搬モードであるＴＥ１０モードでは、上記式のｆｃは下記のように表される。
【0036】
【数3】
【0037】
さらに、基板集積導波管（ＳＩＷ：Substrate Integrated Waveguide）を用いて構成した場合は、上記ａは下記のａｓのようになる。
【0038】
【数4】
【0039】
例えば、誘電体の比誘電率を３．６とし、ａｄ＝０．９２４ｍｍとした場合のカットオフ周波数は、ｆｃ＝８３ＧＨｚとなる。また、一般的に、所望モード以外の、不要な伝搬モードの発生を避けるため、ｂ≦ａ／２とする。
【0040】
以上の式で求まるｆｃがｆｃ＜＜設計周波数となるように導波管の寸法ａ、ｂを決定する。一例を挙げると、第１乃至第３導波管１１～１３のｙ軸方向の長さ（長辺ａ）はａ＝０．９２４ｍｍ、ｚ軸方向の長さ（短辺ｂ）はｂ＝０．３５とできる。
【0041】
第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は、第１乃至第３導波管１１～１３に孔部を形成して構成できる。具体的には、第１スロットＳＬ１は、第１導波管１１の下面と第２導波管１２の上面を部分的に切り欠いて孔部を形成することで構成できる。また、第２スロットＳＬ２は、第１導波管１１の上面と第３導波管１３の下面を部分的に切り欠いて孔部を形成することで構成できる。
【0042】
一例を挙げると、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２の寸法は、以下のようにして決定できる。設計周波数を１２０ＧＨｚとすると、１２０ＧＨｚの波長λは約２．５ｍｍである。また、波長短縮による実効波長λｇは約１．２８ｍｍであり、λｇ／２＝０．６４ｍｍとなる。
【0043】
スロットＳＬ１、ＳＬ２の短辺は、電磁結合の調整によって決定される。スロットＳＬ１の長辺ＬＳＬ１は下記の範囲となるように決定できる。
λｇ／８≦ＬＳＬ１≦２λｇ
λｇ／８≦ＬＳＬ１≦２λｇ
【0044】
また、スロットＳＬ１の長辺ＬＳＬ１とスロットＳＬ２の長辺ＬＳＬ２は同程度の大きさにできるので、スロットＳＬ２の長辺ＬＳＬ２は下記の範囲となるように決定できる。
０．５ＬＳＬ１≦ＬＳＬ２≦１．５ＬＳＬ１
０．５ＬＳＬ１≦ＬＳＬ２≦１．５ＬＳＬ１
【0045】
一例を挙げると、第１乃至第３導波管１１～１３の長辺ａ、短辺ｂの寸法を上記寸法（ａ＝０．９２４ｍｍ、ｂ＝０．３５）とした場合、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２の寸法は、０．１３２ｍｍ×０．６６０ｍｍとできる。
【0046】
本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器１では、第２導波管１２および第３導波管１３は、第１スロットＳＬ１、第１導波管１１、及び第２スロットＳＬ２を介して互いに結合している。換言すると、第２導波管１２および第３導波管１３は、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合するとともに、第１導波管１１を介して互いに結合している。
【0047】
よって、第２導波管１２の第２ポートＰ２に供給された電磁波は、第１スロットＳＬ１、第１導波管１１、及び第２スロットＳＬ２を経由して第３導波管１３に伝播し、第３導波管１３の第４ポートＰ４から出力される。また、第１導波管１１の第１ポートＰ１に供給された電磁波は第１導波管１１の第３ポートＰ３から出力される。
【0048】
すなわち、第１導波管１１では、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２が第１導波管１１の中心軸Ｃ１に沿って対称に設けられている。よって、第１導波管１１のＴＥ１０モードでは電位差が生まれないため、第１導波管１１は第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合しない。このため、第１導波管１１の第１ポートＰ１に供給された電磁波は第１導波管１１の第３ポートＰ３から出力される。
【0049】
一方、第２導波管１２および第３導波管１３において第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は、第２導波管１２および第３導波管１３の中心軸Ｃ２から距離Ｄ１だけオフセットして配置されている。換言すると、第２導波管１２および第３導波管１３において第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は、中心軸Ｃ２に対して非対称に配置されている。よって、第２導波管１２および第３導波管１３は第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合するとともに、第１導波管１１を介して互いに結合する。このとき、第１導波管１１に対して第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は中心に配置されているので、第２導波管１２および第３導波管１３は、第１導波管１１と結合しない。よって、第２導波管１２の第２ポートＰ２に供給された電磁波は、第１スロットＳＬ１、第１導波管１１、及び第２スロットＳＬ２を経由して第３導波管１３に伝播し、第３導波管１３の第４ポートＰ４から出力される。ここで、第２ポートＰ２と第４ポートＰ４との間の経路は、第１導波管１１を垂直に通過する経路である。
【0050】
なお、本実施の形態において上述の所定の距離（オフセット距離）Ｄ１は、十字交差方向性結合器１の設計に応じて任意に決定できる。つまり、オフセット距離Ｄ１は、第２導波管１２および第３導波管１３が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合し、第１導波管１１が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合しない距離であれば任意の距離とすることができる。ここで、「第１導波管１１が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合しない」とは、第１導波管１１が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と弱く結合する場合も含むものとする。つまり、十字交差方向性結合器１の設計上、大きな影響を与えないのであれば、第１導波管１１が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と弱く結合する場合も含んでもよい。
【0051】
一例を挙げると、所定の距離（オフセット距離）Ｄ１は、第２導波管１２および第３導波管１３の幅（ｙ軸方向の距離）の１％～５０％の範囲が好ましく、１％～３５％の範囲がより好ましく、５％～２５％の範囲が更に好ましい。
【0052】
また、図４では、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２の形状が導波方向（ｘ軸方向）に伸びる矩形状である例を示した。しかし本実施の形態では、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２の形状は導波管の幅方向（ｙ軸方向）に伸びる矩形状としてもよく、また、十字形状としてもよい。つまり、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２の形状は、第２導波管１２および第３導波管１３が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合する形状であれば、どのような形状としてもよい。
【0053】
また、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器１は、各ポートから逆方向に電磁波を伝播させることも可能である。つまり、第１導波管１１の第３ポートＰ３に電磁波を供給した場合は、第１導波管１１の第１ポートＰ１から電磁波が出力される。また、第３導波管１３の第４ポートＰ４に電磁波が供給された場合は、第２スロットＳＬ２、第１導波管１１、及び第１スロットＳＬ１を経由して電磁波が第２導波管１２に伝播し、第２導波管１２の第２ポートＰ２から出力される。
【0054】
図５は、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器のシミュレーション結果を示すグラフである。図５に示すシミュレーション結果は、設計周波数を１２０ＧＨｚ、各導波管および各スロット内部の比誘電率を３．６とした場合の、十字交差方向性結合器のＳパラメータの周波数特性を示している。
【0055】
ここで、Ｓ１１は第１ポートＰ１から信号を入力したときに第１ポートＰ１に反射する信号を示す。Ｓ２１は第１ポートＰ１から信号を入力したときに第２ポートＰ２を通過する信号を示す。Ｓ２２は第２ポートＰ２から信号を入力したときに第２ポートＰ２に反射する信号を示す。Ｓ３１は第１ポートＰ１から信号を入力したときに第３ポートＰ３を通過する信号を示す。Ｓ３２は第２ポートＰ２から信号を入力したときに第３ポートＰ３を通過する信号を示す。Ｓ４２は第２ポートＰ２から信号を入力したときに第４ポートＰ４を通過する信号を示す。なお、構造対称性より、Ｓ１１＝Ｓ３３、Ｓ２２＝Ｓ４４、Ｓ２１＝Ｓ４３、Ｓ３２＝Ｓ４１である。
【0056】
図５に示すように、Ｓ１１は広帯域に渡って－２５ｄＢ以下であった。これは第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２が第１導波管１１の中心に配置されており、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２の影響が少なかったためである。Ｓ２２は、１１９ＧＨｚから１２２ＧＨｚで－２０ｄＢ以下であった。Ｓ３１は広帯域に渡って－０．０１ｄＢ以上となり、第１ポートＰ１から第３ポートＰ３への透過特性が良好であった。Ｓ４２は広帯域に渡って－２．５ｄＢ以上となり、第２ポートＰ２から第４ポートＰ４への透過特性が良好であった。また、Ｓ２１とＳ４１は－３３ｄＢ以下となり、ポート間アイソレーション、つまり、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２との間のアイソレーション、及び第１ポートＰ１と第４ポートＰ４との間のアイソレーションが良好であった。
【0057】
以上で説明したように、本実施の形態により、第１ポートＰ１と第３ポートＰ３との間の透過特性が良好で、かつ第２ポートＰ２と第４ポートＰ４との間の透過特性が良好な十字交差方向性結合器１を提供できる。
【0058】
また、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器１は、各々の導波管１１～１３をｚ軸方向に積層して構成するとともに、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２の位置を、第２導波管１２および第３導波管１３の幅方向の中心から所定の距離Ｄだけオフセットすることで実現できる。よって、各々の導波管をコネクタで接続する必要がないので、十字交差方向性結合器の構造を簡易にできる。したがって、簡易な構造を備える十字交差方向性結合器を提供できる。
【0059】
次に、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器の他の構成例について説明する。図６は、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器の他の構成例を示す断面図である。図２に示した十字交差方向性結合器１では、第２導波管１２の第２ポートＰ２と第３導波管１３の第４ポートＰ４とが、第１乃至第３導波管１１～１３が伸びる方向（ｘ軸方向）において反対側に配置されている構成を示した。すなわち、第２導波管１２の第２ポートＰ２がｘ軸方向マイナス側に配置され、第３導波管１３の第４ポートＰ４がｘ軸方向プラス側に配置された構成を示した。この構成の場合は、第２ポートＰ２に供給される電磁波の方向と、第４ポートＰ４から出力される電磁波の方向が一致する。
【0060】
これに対して、図６に示した十字交差方向性結合器２では、第２導波管１２の第２ポートＰ２と第３導波管１３の第４ポートＰ４とが、第１乃至第３導波管１１～１３が伸びる方向（ｘ軸方向）において同一側に配置されている。つまり、第２導波管１２の第２ポートＰ２と第３導波管１３の第４ポートＰ４の両方がｘ軸方向マイナス側に配置されている。このような構成では、第２ポートＰ２に供給される電磁波の方向と、第４ポートＰ４から出力される電磁波の方向が逆向きとなる。
【0061】
図７は、図６に示す十字交差方向性結合器２のシミュレーション結果を示すグラフである。図７に示すシミュレーション結果は、設計周波数を１２０ＧＨｚ、各導波管および各スロット内部の比誘電率を３．６とした場合の、十字交差方向性結合器２のＳパラメータの周波数特性を示している。
【0062】
図７に示すように、Ｓ１１は広帯域に渡って－２５ｄＢ以下であった。これは第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２が第１導波管１１の中心に配置されており、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２の影響が少なかったためである。Ｓ２２は、１１９ＧＨｚから１２２ＧＨｚで－２０ｄＢ以下であった。Ｓ３１は広帯域に渡って－０．０１ｄＢ以上となり、第１ポートＰ１から第３ポートＰ３への透過特性が良好であった。Ｓ４２は広帯域に渡って－２．５ｄＢ以上となり、第２ポートＰ２から第４ポートＰ４への透過特性が良好であった。また、Ｓ３２とＳ４１は－３５ｄＢ以下となり、ポート間アイソレーション、つまり、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２との間のアイソレーション、及び第１ポートＰ１と第４ポートＰ４との間のアイソレーションが良好であった。
【0063】
このように、図６に示す十字交差方向性結合器２においても、第１ポートＰ１と第３ポートＰ３との間の透過特性が良好で、かつ第２ポートＰ２と第４ポートＰ４との間の透過特性が良好な十字交差方向性結合器１を提供できる。
【0064】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、バトラーマトリックス給電回路とベンド構造とを備えるアンテナ用電力分配装置について説明する。実施の形態２にかかるアンテナ用電力分配装置では、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器を複数用いてベンド構造を構成している。
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、バトラーマトリックス給電回路とベンド構造とを備えるアンテナ用電力分配装置について説明する。実施の形態２にかかるアンテナ用電力分配装置では、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器を複数用いてベンド構造を構成している。
【0065】
【0066】
図８、図９に示す二層ショートスロット結合器１１０は、入力信号を入力する入力部１１０Ａおよび信号を出力する出力部１１０Ｂと、入力部１１０Ａおよび出力部１１０Ｂの間に配置された結合部１１０Ｃとを有する金属製の結合器である。
【0067】
入力部１１０Ａには、入力信号を入力する４つの入力口（ポート）１１１～１１４がマトリックス状（２×２）に配置されている。ポート１１１～１１４は、矩形管１２０の開口を十字状の仕切り板１２０ａで仕切ることで形成されている。
【0068】
図９に示すように、出力部１１０Ｂは、入力信号を出力する４つの出力口（ポート）１１５～１１８がマトリックス状（２×２）に配置されている。ポート１１５～１１８は、ポート１１１～１１４とそれぞれ対向している。ポート１１５～１１８は、矩形管１２１の開口を十字状の仕切り板１２１ａで仕切ることで形成されている。入力部１１０Ａおよび出力部１１０Ｂは、ＴＥ１０モード（基本モード）が伝搬する矩形導波管である。
【0069】
結合部１１０Ｃは、多モードの電磁界を発生させる断面形状を有する。二層ショートスロット結合器１１０は、結合部１１０Ｃの長さを変えることによって、信号の出力形態を変えることができ、ハイブリッド結合器や交差結合器として用いることができる。
【0070】
本実施の形態で用いられるバトラーマトリックス給電回路は、図８、図９に示した二層ショートスロット結合器１１０を複数用いて構成できる。つまり、ハイブリッド結合器、交差結合器、位相器が多段接続された構成とすることで、バトラーマトリックス給電回路を構成できる。ここで、ハイブリッド結合器は、入力された信号に位相差を与えて等振幅で分配して出力する機能を備える。交差部結合は、入力された信号を交差する回路に出力する機能を備える。位相器は、入力された信号に位相差を与えて出力する機能を備える。なお、バトラーマトリックス給電回路の詳細については、特許文献１に記載されている。
【0071】
図１０は、バトラーマトリックス給電回路の入力部と出力部の構成例を説明するための斜視図である。図１０に示すバトラーマトリックス給電回路１０１は、ハイブリッド結合器、交差結合器、及び位相器が多段接続されており（各々不図示）、入力信号が入力される入力部１０２Ａと出力信号が出力される出力部１０２Ｂとを備える。入力部１０２Ａは、バトラーマトリックス給電回路１０１のｘ軸方向マイナス側に配置されており、入力信号を入力する複数の入力口がマトリックス状に配置された構成を備える。出力部１０２Ｂは、バトラーマトリックス給電回路１０１のｘ軸方向プラス側に配置されており、出力信号を出力する複数の出力口がマトリックス状に配置された構成を備える。なお、図１０では、矢印で示すように、出力部１０２Ｂをｘ軸方向プラス側から見た状態を示している。
【0072】
図１０に示すバトラーマトリックス給電回路１０１は、入力部１０２Ａとして入力ポート１～１６を備え、出力部１０２Ｂとして出力ポート１７～３２を備える。入力部１０２Ａの入力ポート１～１６は、４×４のマトリックス状に配置されており、出力部１０２Ｂの出力ポート１７～３２は、４×４のマトリックス状に配置されている。バトラーマトリックス給電回路１０１は、入力信号が入力される入力ポート１～１６の位置に応じて、出力部１０２Ｂから出力されるビームの方向が変化する。例えば、バトラーマトリックス給電回路１０１は、ビーム方向を二次元的に変化させるフェイズドアレーアンテナ等に用いられる。
【0073】
図１０に示すバトラーマトリックス給電回路１０１は、入力信号が入力される方向と出力信号が出力される方向とが同一方向（ｘ軸方向）である。しかしながら、デバイスの構成によっては、バトラーマトリックス給電回路１０１から出力される出力信号の方向を入力信号の向き（ｘ軸方向）に対して所定の角度曲げたい場合がある。例えば、窓ガラスや壁面にバトラーマトリックス給電回路１０１を搭載する場合は、ビーム切替回路を構成する基板に対して垂直な方向に出力信号を出力したい場合がある。
【0074】
本実施の形態では、図１１に示すアンテナ用電力分配装置１００のように、バトラーマトリックス給電回路１０１の出力部１０２Ｂ側にベンド構造１３０を設け、バトラーマトリックス給電回路１０１から出力される出力信号の方向を入力信号に対して９０度曲げる構成としている。図１１に示すアンテナ用電力分配装置１００では、ベンド構造１３０のｚ軸方向プラス側の面に出力部１４０が設けられている。出力部１４０には、バトラーマトリックス給電回路１０１の出力部１０２Ｂ（図１０参照）に対応する出力ポート１４１が各々設けられている。換言すると、ベンド構造１３０のｚ軸方向プラス側の面には、複数の出力ポート１４１がマトリックス状に配置されている。このような構成により、図１１に示すアンテナ用電力分配装置１００では、バトラーマトリックス給電回路１０１の出力部１０２Ｂから出力された出力信号の向き（ｘ軸方向）を、ベンド構造１３０を用いてｚ軸方向に曲げることができる。よって、ベンド構造１３０の出力部１４０からｚ軸方向にビーム１５０が放射される。
【0075】
次に、ベンド構造１３０について詳細に説明する。図１２は、本実施の形態にかかるアンテナ用電力分配装置が備えるベンド構造の一例を説明するための模式図である。ベンド構造１３０は、バトラーマトリックス給電回路１０１の出力部１０２Ｂから出力された出力信号の出力方向を９０度曲げる機能を備える。つまり、ベンド構造１３０は、バトラーマトリックス給電回路１０１の出力信号の向きをｘ軸方向からｚ軸方向に曲げる機能を備える。なお、図１２では一例として、図１０に示すバトラーマトリックス給電回路１０１の出力部１０２Ｂのポート２０、ポート２４、ポート２８、ポート３２の出力信号の向きをｘ軸方向からｚ軸方向に曲げる構成を例示している。なお、出力部１０２Ｂの他のポートのベンド構造についても同様に構成できる。
【0076】
図１２に示すように、ポート２０から出力された出力信号は、導波管２０１を伝播し導波管２０１の所定の位置で垂直方向に曲げられてポートＶ２０からｚ軸方向プラス側に放射される。また、ポート２４から出力された出力信号は、導波管２０２を伝播し導波管２０２の所定の位置で垂直方向に曲げられてポートＶ２４からｚ軸方向プラス側に放射される。また、ポート２８から出力された出力信号は、導波管２０３を伝播し導波管２０３の所定の位置で垂直方向に曲げられてポートＶ２８からｚ軸方向プラス側に放射される。また、ポート３２から出力された出力信号は、導波管２０４を伝播し導波管２０４の所定の位置で垂直方向に曲げられてポートＶ３２からｚ軸方向プラス側に放射される。
【0077】
図１２に示すベンド構造１３０では、ｘ軸方向に伝播する信号とｚ軸方向に伝播する信号とが交わる箇所がある。例えば、符号２１０に示す箇所では、ポート２４から出力されたｘ軸方向に伝播している信号と、ポート２８から出力された後、ｚ軸方向に曲げられた信号とが交差している。本実施の形態では、このように信号が交差する箇所に、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器を用いている。
【0078】
図１３は、ベンド構造の一例を説明するための模式図であり、図１２に示したベンド構造１３０を、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器１を用いて構成した場合の構成例を示している。図１３に示すベンド構造１３０は、十字交差方向性結合器１ａ～１ｆと位相器５ａ～５ｆとを用いて構成されている。位相器５ａ～５ｆは、通過する信号の位相を調整する機能を有する。各々の十字交差方向性結合器１ａ～１ｆには、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器１と対応するポート番号Ｐ１～Ｐ４を記載している。また、図１３では、ベンド構造１３０に導入される信号のポートはＨ１～Ｈ４と記載し、ベンド構造１３０から出力される信号のポートはＶ１～Ｖ４と記載する。
【0079】
図１３に示すように、ポートＨ１から導入された信号は、十字交差方向性結合器１ａのポートＰ２に供給された後、十字交差方向性結合器１ａのポートＰ４から出力される。その後、十字交差方向性結合器１ｂのポートＰ２、ポートＰ４、十字交差方向性結合器１ｃのポートＰ２、ポートＰ４を通過して、ベンド構造１３０の出力ポートＶ４から出力される。
【0080】
ポートＨ２から導入された信号は、十字交差方向性結合器１ａのポートＰ１に供給された後、十字交差方向性結合器１ａのポートＰ３から出力される。その後、位相器５ａを通過した後、十字交差方向性結合器１ｄのポートＰ２、ポートＰ４、十字交差方向性結合器１ｅのポートＰ２、ポートＰ４を通過して、ベンド構造１３０の出力ポートＶ３から出力される。
【0081】
ポートＨ３から導入された信号は、十字交差方向性結合器１ｂのポートＰ１に供給された後、十字交差方向性結合器１ｂのポートＰ３から出力される。その後、位相器５ｂを通過した後、十字交差方向性結合器１ｄのポートＰ１、ポートＰ３、位相器５ｄ、十字交差方向性結合器１ｆのポートＰ２、ポートＰ４を通過して、ベンド構造１３０の出力ポートＶ２から出力される。
【0082】
ポートＨ４から導入された信号は、十字交差方向性結合器１ｃのポートＰ１に供給された後、十字交差方向性結合器１ｃのポートＰ３から出力される。その後、位相器５ｃを通過した後、十字交差方向性結合器１ｅのポートＰ１、ポートＰ３、位相器５ｅ、十字交差方向性結合器１ｆのポートＰ１、ポートＰ３、位相器５ｆを通過して、ベンド構造１３０の出力ポートＶ１から出力される。
【0083】
本実施の形態では、このように十字交差方向性結合器１ａ～１ｆを用いてベンド構造１３０を構成しているので、ベンド構造１３０の構成を簡素化できる。また、十字交差方向性結合器１ａ～１ｆを用いた場合は、各々の信号が互いに交差することを許容できる。したがって、各経路の経路長、すなわち、ポートＨ１からポートＶ４までの経路長、ポートＨ２からポートＶ３までの経路長、ポートＨ３からポートＶ２までの経路長、及びポートＨ４からポートＶ１までの経路長の差を小さくできる。また、ビーム切替回路と曲げ回路とをコネクタで接続する必要がないので、ベンド構造を一体で形成できる。
【0084】
図１４は、本実施の形態にかかるアンテナ用電力分配装置が備えるベンド構造の一例を説明するための模式図である。図１４では、ポートＰ１～Ｐ４の配置が図２に示した配置である十字交差方向性結合器（構成Ａ）１を用いてベンド構造を構成した例を示している。なお、図１４では図１３の符号１３５ａで示す箇所の構成を例示している。
【0085】
図１４に示すように、十字交差方向性結合器（構成Ａ）１ａ～１ｃは、ｘ軸方向マイナス側にポートＰ１、Ｐ２が配置され、ｘ軸方向プラス側にポートＰ３、Ｐ４が配置されている。図１３の符号１３５ａで示す箇所を構成する場合は、十字交差方向性結合器（構成Ａ）１ａのポートＰ２にポートＨ１を接続し、ポートＰ１にポートＨ２を接続する。また、十字交差方向性結合器（構成Ａ）１ａのポートＰ４と十字交差方向性結合器（構成Ａ）１ｂのポートＰ２とを接続する。また、十字交差方向性結合器（構成Ａ）１ｂのポートＰ１にポートＨ３を接続する。
【0086】
更に、十字交差方向性結合器（構成Ａ）１ｂのポートＰ４と十字交差方向性結合器（構成Ａ）１ｃのポートＰ２とを接続する。また、十字交差方向性結合器（構成Ａ）１ｃのポートＰ１にポートＨ４を接続する。十字交差方向性結合器（構成Ａ）１ｃのポートＰ４は、ベンド構造１３０の出力ポートＶ４と接続される。
【0087】
このように、ベンド構造１３０は、複数の十字交差方向性結合器１ａ～１ｃの第２ポートＰ２と第４ポートＰ４とを互いに接続して複数の十字交差方向性結合器１ａ～１ｃを直列に接続した構成を含む。ここで、図１４に示す構成例では、十字交差方向性結合器１ａ～１ｃの第２ポートＰ２と第４ポートＰ４がｘ軸方向において互いに反対側に配置されている。よって、複数の十字交差方向性結合器（構成Ａ）１ａ～１ｃを接続してベンド構造１３０を構成した際に、ベンド構造１３０がｘ軸方向に伸びた構造となる。
【0088】
図１５は、本実施の形態にかかるアンテナ用電力分配装置が備えるベンド構造の他の例を説明するための模式図である。図１５では、ポートＰ１～Ｐ４の配置が図６に示した配置である十字交差方向性結合器（構成Ｂ）２を用いてベンド構造を構成した例を示している。なお、図１５では図１３の符号１３５ｂで示す箇所の構成を例示している。
【0089】
図１５に示すように、十字交差方向性結合器（構成Ｂ）２ａ、２ｂは、ポートＰ２とポートＰ４が同一側に配置されている。図１３の符号１３５ｂで示す箇所を構成する場合は、十字交差方向性結合器（構成Ｂ）２ａのポートＰ２にポートＨ１を接続し、ポートＰ１にポートＨ２を接続する。また、十字交差方向性結合器（構成Ｂ）２ａのポートＰ４と十字交差方向性結合器（構成Ｂ）２ｂのポートＰ２とを接続する。また、十字交差方向性結合器（構成Ｂ）２ｂのポートＰ３にポートＨ３を接続する。なお、十字交差方向性結合器（構成Ｂ）２ａと十字交差方向性結合器（構成Ｂ）２ｂは、ｙｚ平面を基準に対称関係にある。
【0090】
更に、十字交差方向性結合器（構成Ｂ）２ｂのポートＰ４と十字交差方向性結合器（構成Ａ）１ａのポートＰ２とを接続する。また、十字交差方向性結合器（構成Ａ）１ａのポートＰ１にポートＨ４を接続する。十字交差方向性結合器（構成Ａ）１ａのポートＰ４は、ベンド構造１３０の出力ポートＶ４と接続される。
【0091】
このように、ベンド構造１３０は、複数の十字交差方向性結合器２ａ、２ｂの第２ポートＰ２と第４ポートＰ４とを互いに接続して複数の十字交差方向性結合器２ａ、２ｂを直列に接続した構成を含む。ここで、図１５に示す構成例では、十字交差方向性結合器２ａ、２ｂのポートＰ２とポートＰ４がｘ軸方向において同一側に配置されている。よって、複数の十字交差方向性結合器（構成Ｂ）２ａ、２ｂを接続してベンド構造１３０を構成した際に、ベンド構造１３０がｘ軸方向に伸びることを抑制できる。なお、ｚ軸方向における十字交差方向性結合器（構成Ｂ）２の段数が奇数段の場合は、最後の段で十字交差方向性結合器（構成Ａ）１を接続する（図１５参照）。一方、ｚ軸方向における十字交差方向性結合器（構成Ｂ）２の段数が偶数段の場合は、十字交差方向性結合器（構成Ｂ）２のみで構成できる。
【0092】
本実施の形態にかかるベンド構造１３０において、出力ポートＶ１～Ｖ４は、最上段の十字交差方向性結合器１、２にアンテナを設けて構成してもよい。例えば、最上段の十字交差方向性結合器１、２の第３導波管１３、１５の上面を切り欠いて出力ポートＶ１～Ｖ４を構成してもよい。また、最上段の十字交差方向性結合器１、２の第４ポートＰ４から出力された信号を９０度曲げる構成を設けて出力ポートＶ１～Ｖ４を構成してもよい。
【0093】
以上で説明したように、本実施の形態では十字交差方向性結合器１、２を用いてベンド構造１３０を構成しているので、ベンド構造１３０の構成を簡素化できる。
【0094】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、放射構造を備える十字交差方向性結合器について説明する。図１６は、実施の形態３にかかる十字交差方向性結合器の構成例を示す斜視図である。図１７は、図１６の切断線ＸＶＩＩ－ＸＶＩＩにおける断面図である。図１８は、図１６の切断線ＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩにおける断面図である。図１９は、各導波管の構成を説明するための上面図である。なお、本実施の形態にかかる放射構造を備える十字交差方向性結合器３は、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器１と比べて、第３導波管１３を備えない点が異なる。これ以外の構成については、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器１と同様であるので、同一の構成については同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、放射構造を備える十字交差方向性結合器について説明する。図１６は、実施の形態３にかかる十字交差方向性結合器の構成例を示す斜視図である。図１７は、図１６の切断線ＸＶＩＩ－ＸＶＩＩにおける断面図である。図１８は、図１６の切断線ＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩにおける断面図である。図１９は、各導波管の構成を説明するための上面図である。なお、本実施の形態にかかる放射構造を備える十字交差方向性結合器３は、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器１と比べて、第３導波管１３を備えない点が異なる。これ以外の構成については、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器１と同様であるので、同一の構成については同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
【0095】
【0096】
図１７に示すように、第１導波管１１は、導波方向の一端（ｘ軸方向マイナス側）に第１ポートＰ１を備え、導波方向の他端（ｘ軸方向プラス側）に第３ポートＰ３を備える。第２導波管１２は、導波方向の一端（ｘ軸方向マイナス側）に第２ポートＰ２を備え、当該第２ポートＰ２と対向する端部１７が短絡されている。第２導波管１２は、第１導波管１１の下側に配置されている。
【0097】
図１７、図１８に示すように、第１導波管１１と第２導波管１２との間には第１スロットＳＬ１が設けられている。また、第１導波管１１の第２導波管１２側と反対側の表面（ｚ軸方向プラス側の面）には第２スロットＳＬ２が設けられている。
【0098】
図１８、図１９に示すように、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は、第１導波管１１の下面および上面において第１導波管１１の幅方向（ｙ軸方向）の中心に配置されている。すなわち、図１９に示すように、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は、第１導波管１１の中心軸Ｃ１に沿って対称に設けられている。
【0099】
図１８、図１９に示すように、第１スロットＳＬ１は、第２導波管１２の上面において第２導波管１２の幅方向（ｙ軸方向）の中心から所定の距離Ｄ１だけオフセットして配置されている。すなわち、図１９に示すように、第１スロットＳＬ１は、第２導波管１２の中心軸Ｃ２から距離Ｄ１だけオフセットして配置されている。なお、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２はｚ軸方向から見た際に重畳している。
【0100】
本実施の形態において第１及び第２導波管１１、１２は、直方体状の導波管を用いて構成できる。なお、第１及び第２導波管１１、１２の構成については、実施の形態１で説明した場合と同様であるので、重複した説明は省略する。
【0101】
第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は、第１及び第２導波管１１、１２に孔部を形成して構成できる。具体的には、第１スロットＳＬ１は、第１導波管１１の下面と第２導波管１２の上面を部分的に切り欠いて孔部を形成することで構成できる。また、第２スロットＳＬ２は、第１導波管１１の上面を部分的に切り欠いて孔部を形成することで構成できる。なお、第１及び第２スロットＳＬ１、ＳＬ２の構成については、実施の形態１で説明した場合と同様であるので、重複した説明は省略する。
【0102】
本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器３では、第２導波管１２と、第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間５０（図１７、図１８参照）とが、第１スロットＳＬ１、第１導波管１１、及び第２スロットＳＬ２を介して互いに結合している。換言すると、第２導波管１２および空間５０は、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合するとともに、第１導波管１１を介して互いに結合している。ここで、第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間５０は、説明の都合上、便宜的に図示している空間であり、実際には第１導波管１１のｚ軸方向プラス側において特に制限されない空間である。
【0103】
よって、第２導波管１２の第２ポートＰ２に供給された電磁波（出力信号）は、第１スロットＳＬ１、第１導波管１１、及び第２スロットＳＬ２を経由して、第２スロットＳＬ２から第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間５０に放射される。
【0104】
すなわち、第１導波管１１では、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２が第１導波管１１の中心軸Ｃ１に沿って対称に設けられている。よって、第１導波管１１のＴＥ１０モードでは電位差が生まれないため、第１導波管１１は第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合しない。このため、第１導波管１１の第１ポートＰ１に供給された電磁波は第１導波管１１の第３ポートＰ３から出力される。
【0105】
一方、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は、第２導波管１２の中心軸Ｃ２から距離Ｄ１だけオフセットして配置されている。換言すると、第２導波管１２を基準とした場合、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は、中心軸Ｃ２に対して非対称に配置されている。よって、第２導波管１２と、第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間５０とが、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合するとともに、第１導波管１１を介して互いに結合する。このとき、第１導波管１１に対して第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は中心に配置されているので、第２導波管１２は、第１導波管１１と結合しない。よって、第２導波管１２の第２ポートＰ２に供給された電磁波は、第１スロットＳＬ１、第１導波管１１、及び第２スロットＳＬ２を経由して、第２スロットＳＬ２から第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間５０に放射される。
【0106】
なお、本実施の形態において上述の所定の距離（オフセット距離）Ｄ１は、十字交差方向性結合器３の設計に応じて任意に決定できる。つまり、オフセット距離Ｄ１は、第２導波管１２が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合し、第１導波管１１が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合しない距離であれば任意の距離とできる。ここで、「第１導波管１１が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合しない」とは、第１導波管１１が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と弱く結合する場合も含むものとする。つまり、十字交差方向性結合器３の設計上、大きな影響を与えないのであれば、第１導波管１１が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と弱く結合する場合も含んでもよい。
【0107】
図２０は、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器のシミュレーション結果を示すグラフである。図２０に示すシミュレーション結果は、設計周波数を１２０ＧＨｚ、各導波管および各スロット内部の比誘電率を３．６とした場合の、十字交差方向性結合器のＳパラメータの周波数特性を示している。
【0108】
ここで、Ｓ１１は第１ポートＰ１から信号を入力したときに第１ポートＰ１に反射する信号を示す。Ｓ１２は第２ポートＰ１から信号を入力したときに第１ポートＰ２を通過する信号を示す。Ｓ２２は第２ポートＰ２から信号を入力したときに第２ポートＰ２に反射する信号を示す。Ｓ３１は第１ポートＰ１から信号を入力したときに第３ポートＰ３を通過する信号を示す。Ｓ３２は第２ポートＰ２から信号を入力したときに第３ポートＰ３を通過する信号を示す。ＳＦＰ１，２は、第２ポートＰ２から信号を入力したときに第２スロットＳＬ２から第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間５０に放射される信号を示す。ＳＦＰ１，１は、第１ポートＰ１から信号を入力したときに第２スロットＳＬ２から第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間５０に放射される信号を示す。
【0109】
図２０に示すように、Ｓ１１は広帯域に渡って－２０ｄＢ以下であった。これは第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２が第１導波管１１の中心に配置されており、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２の影響が少なかったためである。Ｓ２２は、１２０ＧＨｚ付近で－１０ｄＢ以下であった。Ｓ３１は広帯域に渡って－０．１ｄＢ以上となり、第１ポートＰ１から第３ポートＰ３への透過特性が良好であった。
【0110】
ＳＦＰ１，２は、広帯域に渡って－１ｄＢ以上となり、第２ポートＰ２から第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間５０への透過特性が良好であった。また、Ｓ１２、ＳＦＰ１，１は、－２８ｄＢ以下となり、ポート間アイソレーション、つまり、第１ポートＰ１と第２ポートＰ２との間のアイソレーション、及び第１ポートＰ１と第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間５０との間のアイソレーションが良好であった。
【0111】
以上で説明したように、本実施の形態により、第１ポートＰ１と第３ポートＰ３との間の透過特性が良好で、かつ第２ポートＰ２と第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間５０との間の透過特性が良好な十字交差方向性結合器３を提供できる。よって、本実施の形態により、十字交差方向性結合器を実現するとともに、第２導波管１２の第２ポートＰ２に供給された電磁波（出力信号）を、第２スロットＳＬ２から第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間５０に放射できる。
【0112】
例えば、図１３に示したベンド構造１３０の出力側に本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器３を用いることで、出力信号を第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間５０に放射できる。具体的には、図１３に示したベンド構造１３０の出力側に配置されている十字交差方向性結合器１ｃ、１ｅ、１ｆとして、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器３を用いる。このような構成とした場合は、十字交差方向性結合器１ｃ、１ｅ、１ｆに別途アンテナを設けることなく、出力ポートＶ２～Ｖ４から出力信号を第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間５０に放射できる。
【0113】
＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４では、４層構造を備える十字交差方向性結合器について説明する。図２１は、実施の形態４にかかる十字交差方向性結合器の構成例を示す斜視図である。図２２は、図２１の切断線ＸＸＩＩ－ＸＸＩＩにおける断面図である。図２３は、図２１の切断線ＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩにおける断面図である。図２４は、各導波管の構成を説明するための上面図である。なお、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器４は、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器１と比べて、第４導波管４１を更に備える点が異なる。これ以外の構成については、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器１と同様であるので、同一の構成については同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
次に、本発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４では、４層構造を備える十字交差方向性結合器について説明する。図２１は、実施の形態４にかかる十字交差方向性結合器の構成例を示す斜視図である。図２２は、図２１の切断線ＸＸＩＩ－ＸＸＩＩにおける断面図である。図２３は、図２１の切断線ＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩにおける断面図である。図２４は、各導波管の構成を説明するための上面図である。なお、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器４は、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器１と比べて、第４導波管４１を更に備える点が異なる。これ以外の構成については、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器１と同様であるので、同一の構成については同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
【0114】
図２１～図２３に示すように、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器４は、第１導波管１１、第２導波管１２、第３導波管１３、及び第４導波管４１を備える。第１乃至第４導波管１１～１３、４１は、ｚ軸方向において第２導波管１２、第１導波管１１、第４導波管４１、第３導波管１３の順に積層されている。つまり、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器４は、実施の形態１で説明した十字交差方向性結合器１の第１導波管１１と第３導波管１３との間に第４導波管４１を設けた構成を備える。
【0115】
図２２に示すように、第１導波管１１は、導波方向の一端（ｘ軸方向マイナス側）に第１ポートＰ１を備え、導波方向の他端（ｘ軸方向プラス側）に第３ポートＰ３を備える。第２導波管１２は、導波方向の一端（ｘ軸方向マイナス側）に第２ポートＰ２を備え、当該第２ポートＰ２と対向する端部１７が短絡されている。第２導波管１２は、第１導波管１１の下側に配置されている。第４導波管４１は、導波方向の一端（ｘ軸方向マイナス側）に第５ポートＰ５を備え、導波方向の他端（ｘ軸方向プラス側）に第６ポートＰ６を備える。第４導波管４１は、第１導波管１１の上側に配置されている。第３導波管１３は、導波方向の一端（ｘ軸方向プラス側）に第４ポートＰ４を備え、当該第４ポートＰ４と対向する端部１８が短絡されている。第３導波管１３は、第４導波管４１の上側に配置されている。
【0116】
図２２、図２３に示すように、第１導波管１１と第２導波管１２との間には第１スロットＳＬ１が設けられている。また、第１導波管１１と第４導波管４１との間には第２スロットＳＬ２が設けられている。また、第４導波管４１と第３導波管１３との間には第３スロットＳＬ３が設けられている。
【0117】
図２３、図２４に示すように、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は、第１導波管１１の下面および上面において第１導波管１１の幅方向（ｙ軸方向）の中心に配置されている。すなわち、図２４に示すように、第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２は、第１導波管１１の中心軸Ｃ１に沿って対称に設けられている。また、第２スロットＳＬ２および第３スロットＳＬ３は、第４導波管４１の下面および上面において第４導波管４１の幅方向（ｙ軸方向）の中心に配置されている。すなわち、図２４に示すように、第２スロットＳＬ２および第３スロットＳＬ３は、第４導波管４１の中心軸Ｃ１に沿って対称に設けられている。
【0118】
図２３、図２４に示すように、第１スロットＳＬ１、第２スロットＳＬ２、及び第３スロットＳＬ３は、第２導波管１２の上面および第３導波管１３の下面において第２導波管１２および第３導波管１３の幅方向（ｙ軸方向）の中心から所定の距離Ｄ１だけオフセットして配置されている。すなわち、図２４に示すように、第１スロットＳＬ１は、第２導波管１２の中心軸Ｃ２から距離Ｄ１だけオフセットして配置されている。また、第３スロットＳＬ３は、第３導波管１３の中心軸Ｃ２から距離Ｄ１だけオフセットして配置されている。なお、第２導波管１２の中心軸Ｃ２と第３導波管１３の中心軸Ｃ２は、ｚ軸方向から見た際に重畳している。また、第１スロットＳＬ１～第３スロットＳＬ３はｚ軸方向から見た際に重畳している。
【0119】
本実施の形態では、例えば図２３に示すように、第２導波管１２および第３導波管１３のｙ軸方向における位置を一致させ、第１導波管１１および第４導波管４１のｙ軸方向の位置を一致させ、第１導波管１１および第４導波管４１のｙ軸方向の位置を第２導波管１２および第３導波管１３に対してｙ軸方向プラス側にずらしている。このような構成とすることで、第１スロットＳＬ１～第３スロットＳＬ３の位置を、第２導波管１２および第３導波管１３の幅方向（ｙ軸方向）の中心から所定の距離Ｄ１だけオフセットして配置できる。
【0120】
本実施の形態において第１乃至第４導波管１１～１３、４１は、直方体状の導波管を用いて構成できる。第４導波管４１は、第１導波管１１と同様に構成できる。なお、第１乃至第４導波管１１～１３、４１の構成については、実施の形態１で説明した場合と同様であるので、重複した説明は省略する。
【0121】
第１スロットＳＬ１～第３スロットＳＬ３は、第１乃至第４導波管１１～１３、４１に孔部を形成して構成できる。具体的には、第１スロットＳＬ１は、第１導波管１１の下面と第２導波管１２の上面を部分的に切り欠いて孔部を形成することで構成できる。また、第２スロットＳＬ２は、第１導波管１１の上面と第４導波管４１の下面を部分的に切り欠いて孔部を形成することで構成できる。第３スロットＳＬ３は、第４導波管４１の上面と第３導波管１３の下面を部分的に切り欠いて孔部を形成することで構成できる。なお、第１スロットＳＬ１～第３スロットＳＬ３の構成については、実施の形態１で説明した場合と同様であるので、重複した説明は省略する。
【0122】
本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器４では、第２導波管１２および第３導波管１３は、第１スロットＳＬ１、第１導波管１１、第２スロットＳＬ２、第４導波管４１、第３スロットＳＬ３を介して互いに結合している。ここで、第２ポートＰ２と第４ポートＰ４との間の経路は、第１導波管１１と第４導波管４１を垂直に通過する経路である。
【0123】
なお、本実施の形態において上述の所定の距離（オフセット距離）Ｄ１は、十字交差方向性結合器４の設計に応じて任意に決定できる。つまり、オフセット距離Ｄ１は、第２導波管１２および第３導波管１３が第１スロットＳＬ１および第３スロットＳＬ３と結合し、第１導波管１１が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合せず、第４導波管４１が第２スロットＳＬ２および第３スロットＳＬ３と結合しない距離であれば任意の距離とできる。ここで、「第１導波管１１が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と結合しない」とは、第１導波管１１が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と弱く結合する場合も含むものとする。つまり、十字交差方向性結合器１の設計上、大きな影響を与えないのであれば、第１導波管１１が第１スロットＳＬ１および第２スロットＳＬ２と弱く結合する場合も含んでもよい。「第４導波管４１が第２スロットＳＬ２および第３スロットＳＬ３と結合しない」についても同様である。
【0124】
一例を挙げると、所定の距離（オフセット距離）Ｄ１は、第２導波管１２および第３導波管１３の幅（ｙ軸方向の距離）の１％～５０％の範囲が好ましく、１％～３５％の範囲がより好ましく、５％～２５％の範囲が更に好ましい。
【0125】
また、図２４では、第１スロットＳＬ１～第３スロットＳＬ３の形状が導波方向（ｘ軸方向）に伸びる矩形状である例を示した。しかし本実施の形態では、第１スロットＳＬ１～第３スロットＳＬ３の形状は導波管の幅方向（ｙ軸方向）に伸びる矩形状としてもよく、また、十字形状としてもよい。つまり、第１スロットＳＬ１～第３スロットＳＬ３の形状は、第２導波管１２および第３導波管１３が第１スロットＳＬ１～第３スロットＳＬ３と結合する形状であれば、どのような形状としてもよい。
【0126】
また、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器４は、各ポートから逆方向に電磁波を伝播させることも可能である。つまり、第１導波管１１の第３ポートＰ３に電磁波を供給した場合は、第１導波管１１の第１ポートＰ１から電磁波が出力される。また、第４導波管４１の第６ポートＰ６に電磁波を供給した場合は、第４導波管４１の第５ポートＰ５から電磁波が出力される。また、第３導波管１３の第４ポートＰ４に電磁波が供給された場合は、第３スロットＳＬ３、第４導波管４１、第２スロットＳＬ２、第１導波管１１、及び第１スロットＳＬ１を経由して電磁波が第２導波管１２に伝播し、第２導波管１２の第２ポートＰ２から出力される。
【0127】
図２５は、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器のシミュレーション結果を示すグラフである。図２５に示すシミュレーション結果は、設計周波数を１２０ＧＨｚ、各導波管および各スロット内部の比誘電率を３．６とした場合の、十字交差方向性結合器のＳパラメータの周波数特性を示している。
【0128】
ここで、Ｓ５５は第５ポートＰ５から信号を入力したときに第５ポートＰ５に反射する信号を示す。Ｓ５１は第１ポートＰ１から信号を入力したときに第５ポートＰ５を通過する信号を示す。Ｓ２２は第２ポートＰ２から信号を入力したときに第２ポートＰ２に反射する信号を示す。Ｓ３１は第１ポートＰ１から信号を入力したときに第３ポートＰ３を通過する信号を示す。Ｓ６３は第３ポートＰ３から信号を入力したときに第６ポートＰ６を通過する信号を示す。Ｓ４２は第２ポートＰ２から信号を入力したときに第４ポートＰ４を通過する信号を示す。Ｓ５６は第６ポートＰ６から信号を入力したときに第５ポートＰ５を通過する信号を示す。なお、構造対称性より、Ｓ５５＝Ｓ６６、Ｓ５１＝Ｓ６３、Ｓ２２＝Ｓ４４である。
【0129】
図２５に示すように、Ｓ５５は広帯域に渡って－３５ｄＢ以下であった。これは第２スロットＳＬ２および第３スロットＳＬ３が第４導波管４１の中心に配置されており、第２スロットＳＬ２および第３スロットＳＬ３の影響が少なかったためである。Ｓ２２は、広帯域に渡って－１５ｄＢ以下であった。Ｓ３１は広帯域に渡って－０．１ｄＢ以上となり、第１ポートＰ１から第３ポートＰ３への透過特性が良好であった。Ｓ５６は広帯域に渡って－０．１ｄＢ以上となり、第５ポートＰ５から第６ポートＰ６への透過特性が良好であった。Ｓ４２は広帯域に渡って－０．２ｄＢ以上となり、第２ポートＰ２から第４ポートＰ４への透過特性が良好であった。また、Ｓ５１とＳ６３は－２５ｄＢ以下となり、ポート間アイソレーション、つまり、第１ポートＰ１と第５ポートＰ５との間のアイソレーション、及び第３ポートＰ３と第６ポートＰ６との間のアイソレーションが良好であった。
【0130】
以上で説明したように、本実施の形態により、第１ポートＰ１と第３ポートＰ３との間の透過特性、及び第５ポートＰ５と第６ポートＰ６との間の透過特性が良好で、かつ第２ポートＰ２と第４ポートＰ４との間の透過特性が良好な十字交差方向性結合器４を提供できる。
【0131】
例えば、図１３に示したベンド構造１３０に本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器４を用いることで、ベンド構造１３０の構成を簡略化できる。具体的には、図１３に示したベンド構造１３０の２つの十字交差方向性結合器１ａ、１ｂを本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器４に置き換えられる。つまり、２つの十字交差方向性結合器１ａ、１ｂを１つの十字交差方向性結合器４に置き換えられるので、ベンド構造１３０の構成を簡略化できる。
【0132】
次に、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器の他の構成例について説明する。図２６は、実施の形態４にかかる十字交差方向性結合器の各導波管の他の構成例を説明するための上面図である。本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器では、第１導波管１１の側面に凹部４５を形成してもよい。図２６に示す構成例では、第１導波管１１の側面に４つの凹部４５を形成した構成例を示している。凹部４５を形成する位置は、第１導波管１１の内部を伝搬する電磁波の状態に応じて決定できる。第４導波管４１の側面にも同様に凹部４６を形成してもよい。図２６に示す構成例のように、第１導波管１１および第４導波管４１の側面にそれぞれ凹部４５および凹部４６を形成した場合は、第１導波管１１および第４導波管４１の内部を伝搬する電磁波の状態を精度よく調整できる。
【0133】
以上で説明した構成例では、４層構造を備える十字交差方向性結合器について説明した。つまり、３入力３出力の十字交差方向性結合器について説明した。しかしながら本実施の形態では、第１導波管１１と第４導波管４１との間に更に導波管を追加して、十字交差方向性結合器の入力ポート数と出力ポート数を増やしてもよい。具体的には、第１導波管１１と第４導波管４１との間に更にｎ個（ｎは１以上の整数）の導波管を追加して、（ｎ＋３）入力（ｎ＋３）出力の十字交差方向性結合器を構成してもよい。
【0134】
このとき追加する導波管については、第１導波管１１および第４導波管４１と同様に構成できる。具体的には、追加する導波管に設けるスロットの位置は、第１導波管１１および第４導波管４１の第２スロットＳＬ２の位置と同様の位置とできる。換言すると、追加する導波管に設けるスロットの位置は、ｚ軸方向から見た際に第２スロットＳＬ２と重畳する位置とできる。
【0135】
＜実施の形態５＞
次に、本発明の実施の形態５について説明する。図２７は、実施の形態５にかかる十字交差方向性結合器の構成例を示す斜視図である。本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器５は、実施の形態３で説明した十字交差方向性結合器３と実施の形態４で説明した十字交差方向性結合器４とを組み合わせた構成を備える。すなわち、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器５は、実施の形態４にかかる十字交差方向性結合器４に放射構造を設けた構成を備える。なお、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器５は、実施の形態４で説明した十字交差方向性結合器４と比べて、第３導波管１３を備えない点が異なる。これ以外の構成については、実施の形態４で説明した十字交差方向性結合器４と同様であるので、同一の構成については同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
次に、本発明の実施の形態５について説明する。図２７は、実施の形態５にかかる十字交差方向性結合器の構成例を示す斜視図である。本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器５は、実施の形態３で説明した十字交差方向性結合器３と実施の形態４で説明した十字交差方向性結合器４とを組み合わせた構成を備える。すなわち、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器５は、実施の形態４にかかる十字交差方向性結合器４に放射構造を設けた構成を備える。なお、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器５は、実施の形態４で説明した十字交差方向性結合器４と比べて、第３導波管１３を備えない点が異なる。これ以外の構成については、実施の形態４で説明した十字交差方向性結合器４と同様であるので、同一の構成については同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
【0136】
図２７に示すように、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器５は、第１導波管１１、第２導波管１２、及び第４導波管４１を備える。これらの導波管は、ｚ軸方向において第２導波管１２、第１導波管１１、第４導波管４１の順に積層されている。つまり、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器５は、実施の形態４で説明した十字交差方向性結合器４から第３導波管１３を除いた構成を備える。
【0137】
図２７に示すように、第１導波管１１は、導波方向の一端（ｘ軸方向マイナス側）に第１ポートＰ１を備え、導波方向の他端（ｘ軸方向プラス側）に第３ポートＰ３を備える。第２導波管１２は、導波方向の一端（ｘ軸方向マイナス側）に第２ポートＰ２を備え、当該第２ポートＰ２と対向する端部１７が短絡されている。第２導波管１２は、第１導波管１１の下側に配置されている。第４導波管４１は、導波方向の一端（ｘ軸方向マイナス側）に第５ポートＰ５を備え、導波方向の他端（ｘ軸方向プラス側）に第６ポートＰ６を備える。第４導波管４１は、第１導波管１１の上側に配置されている。
【0138】
第１導波管１１と第２導波管１２との間には第１スロットＳＬ１が設けられている。また、第１導波管１１と第４導波管４１との間には第２スロットＳＬ２が設けられている。また、第４導波管４１の上面には第３スロットＳＬ３が設けられている。
【0139】
本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器５において、第２導波管１２は、第４導波管４１のｚ軸方向プラス側の空間と、第１スロットＳＬ１、第１導波管１１、第２スロットＳＬ２、第４導波管４１、及び第３スロットＳＬ３を介して互いに結合している。よって、第２導波管１２の第２ポートＰ２に供給された電磁波（出力信号）は、第１スロットＳＬ１、第１導波管１１、第２スロットＳＬ２、第４導波管４１、及び第３スロットＳＬ３を経由して、第３スロットＳＬ３から第４導波管４１のｚ軸方向プラス側の空間に放射される。
【0140】
上記構成を備える本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器５により、第１ポートＰ１と第３ポートＰ３との間の透過特性、及び第５ポートＰ５と第６ポートＰ６との間の透過特性が良好で、かつ第２ポートＰ２と第１導波管１１のｚ軸方向プラス側の空間との間の透過特性が良好な十字交差方向性結合器を提供できる。よって、本実施の形態により、十字交差方向性結合器を実現するとともに、第２導波管１２の第２ポートＰ２に供給された電磁波（出力信号）を、第３スロットＳＬ３から第４導波管４１のｚ軸方向プラス側の空間に放射できる。
【0141】
例えば、図１３に示したベンド構造１３０の出力側に本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器５を用いることで、出力信号を第４導波管４１のｚ軸方向プラス側の空間に放射できる。具体的には、図１３に示したベンド構造１３０の出力側に配置されている２つの十字交差方向性結合器１ｄ、１ｅを、本実施の形態にかかる十字交差方向性結合器５に置き換えることで、２つの十字交差方向性結合器１ｄ、１ｅを１つの十字交差方向性結合器５に置き換えられる。よって、ベンド構造１３０の構成を簡略化できる。また、十字交差方向性結合器に別途アンテナを設けることなく、出力ポートＶ３から出力信号を第４導波管４１のｚ軸方向プラス側の空間に放射できる。
【0142】
以上で説明した構成例では、３入力３出力の十字交差方向性結合器について説明した。しかしながら本実施の形態では、第１導波管１１と第４導波管４１との間に更に導波管を追加して、十字交差方向性結合器の入力ポート数と出力ポート数を増やしてもよい。具体的には、第１導波管１１と第４導波管４１との間に更にｎ個（ｎは１以上の整数）の導波管を追加して、（ｎ＋３）入力（ｎ＋３）出力の十字交差方向性結合器を構成してもよい。
【0143】
このとき追加する導波管については、第１導波管１１および第４導波管４１と同様に構成できる。具体的には、追加する導波管に設けるスロットの位置は、第１導波管１１および第４導波管４１の第２スロットＳＬ２の位置と同様の位置とできる。換言すると、追加する導波管に設けるスロットの位置は、ｚ軸方向から見た際に第２スロットＳＬ２と重畳する位置とできる。
【0144】
以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【0145】
１、２、３、４、５ 十字交差方向性結合器
５ａ～５ｆ 位相器
１１ 第１導波管
１２ 第２導波管
１３、１５ 第３導波管
１７、１８ 端部
４１ 第４導波管
４５、４６ 凹部
５０ 空間
１００ アンテナ用電力分配装置
１０１ バトラーマトリックス給電回路
１０２Ａ 入力部
１０２Ｂ 出力部
１３０ ベンド構造
１４０ 出力部
１４１ 出力ポート
１５０ ビーム
５ａ～５ｆ 位相器
１１ 第１導波管
１２ 第２導波管
１３、１５ 第３導波管
１７、１８ 端部
４１ 第４導波管
４５、４６ 凹部
５０ 空間
１００ アンテナ用電力分配装置
１０１ バトラーマトリックス給電回路
１０２Ａ 入力部
１０２Ｂ 出力部
１３０ ベンド構造
１４０ 出力部
１４１ 出力ポート
１５０ ビーム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】